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        納米硫酸鋇的表面改性方法及特點

        添加時間:2021年10月26日   【字體大。 】 關注:357
           納米硫酸鋇作為一種新型的無機材料,因其具有高比表面積、高活性、分散性好等優點而被廣泛應用于眾多領域。

          但納米硫酸鋇一方面具有親水疏油的性質,與聚合物基體之間存在很大的極性差異,因此在聚合物中容易團聚,分散性差,使其力學性能降低;另一方面由于納米硫酸鋇具有較高的表面活性,相鄰顆粒間極易發生團聚或結塊,影響其在生產中的應用。

          因此,為了使硫酸鋇在聚合物中的分散性得到改善,提高納米硫酸鋇在復合材料中的綜合性能,需對納米硫酸鋇進行表面改性,從而拓展其應用范圍。

          1、偶聯劑改性

          偶聯劑是一類具有兩性結構的物質,可以將親無機物的基團和親有機物的基團連接起來,即偶聯劑起著分子橋的作用,從而使無機物與有機物之間的界面作用增強。典型的偶聯劑有硅烷類、鋁酸酯類、鈦酸酯類等。

          硅烷類是目前應用較多、用量較大的偶聯劑,對于表面具有羥基的無機納米粒子十分有效,但一般的硅烷偶聯劑與硫酸鋇表面結合力不強。較為有效的是多組分偶聯劑,它能使納米硫酸鋇表面硅烷化,是成本高,使用復雜。

          鈦酸酯偶聯劑對于大多數無機粒子都有較好的改性效果,原因是鈦酸酯能與納米硫酸鋇表面的自由質子形成化學鍵,從而在其表面形成一層有機膜,導致表面性質發生改變。但由于價格較貴,并且有危害人體健康的成分存在,導致對它的應用越來越少。

          鋁酸酯偶聯劑是一種新型的偶聯劑,其分子中易水解的烷氧基與硫酸鋇表面的自由質子發生化學反應,產生一層單分子膜,形成不可逆的Al-O鍵,從而改善產品性能,其性能也優于其他偶聯劑。

          2、表面活性劑改性

          表面活性劑其分子一端為長鏈烷基,能夠在聚合物基體中均勻分散;另一端為極性親水基團,可與硫酸鋇表面發生物理吸附或化學反應,包裹在硫酸鋇的表面達到改性目的。常用的表面活性劑有高級脂肪酸及其鹽類、醇類、胺類、磷酸酯類等。

          表面活性劑成本低、種類多、產量大,用不同種類的表面活性劑可以合成不同性能的產品,改性技術較成熟,因此對它的應用越來越多。脂肪酸(鹽)是硫酸鋇較為常用且價格十分低廉的表面改性劑,改性后的納米硫酸鋇在聚合物中有較好的分散性和親和性。改性后的納米硫酸鋇在水中由于其表面張力而不易沉淀,因此活化度可用來反映表面改性效果的好壞。

          3、復合改性劑改性

          復合改性劑是由2種或2種以上的單一改性劑組合而成的復合配方,如棕櫚酸鈉/硬脂酸鈉、硬脂酸鈉/硫酸鋅、硬脂酸鈉/十二烷基磺酸鈉/烯丙醇聚氧乙烯醚等復合型改性劑。對納米硫酸鋇改性時選擇復合型改性劑,可以充分發揮每種改性劑自身的優勢,使得改性效果比單一改性效果更好,滿足專業化、功能化的需求。

          采用硬脂酸鈉對超細硫酸鋇做表面改性。研究發現,溫度和質量分數均有所降低,節約了能耗,活化度達到99.90%。用棕櫚酸鈉/硬脂酸鈉復合改性劑改性后,產品的耐熱性能比單一改性劑改性的效果有所提高,粒度分布變窄,平均粒徑從0.89μm(未改性)減小到0.78μm。這是因為改性劑的極性基團與硫酸鋇粒子反應,非極性基團包覆在外面,復合改性后,各長碳鏈之間相互纏繞形成網狀結構,增強其疏水性。這種改性方法的使用將是未來發展的趨勢之一。

          4、沉淀反應改性

          沉淀反應改性法是通過化學沉淀反應將改性劑加入到反應中,使其在硫酸鋇表面形成一層包覆膜的方法。

          這種改性方法生產成本較低,操作起來也簡便,沉淀條件容易控制,是對顆粒表面進行改性常用的方法之一。不同的改性劑和沉淀劑制備出的粒徑、形貌也不同。

          5、無機物包覆改性

          無機物包覆改性是通過物理作用或范德華力在顆粒表面形成包覆膜,而不與其表面發生其他反應。通常選用二氧化鈦、二氧化硅、氧化鋅等金屬氧化物作為改性劑。

          近年來,對納米顆粒包覆改性的研究越來越多,因為硫酸鋇表面包覆后能夠阻止納米粒子氧化、晶體長大、腐蝕和團聚,可改善納米硫酸鋇的表面性能,提高其表面活性點,擴展其應用范圍。該法使無機顆粒在不同介質中的分散性得到提高,但包覆的均勻性、包覆強度等不易控制,是實際操作中要解決的問題。

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